基于AVR單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)與制作

O 引言
自工業(yè)革命以來(lái)，隨著電氣的發(fā)展，人類進(jìn)入了文明的新階段。機(jī)器人已經(jīng)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、軍事、機(jī)械、交通、航天航空等領(lǐng)域。智能機(jī)器人水平的不斷提高，大大提高了勞動(dòng)效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)器人與人類并肩作戰(zhàn)，在征服自然，改造自然地過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。
智能小車是集理論力學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)字電路、模擬電路、傳感器、單片機(jī)、控制理論和算法等多門學(xué)科為一體的綜合系統(tǒng)，其內(nèi)容涵蓋機(jī)械、電子、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。
本文設(shè)計(jì)的基于ATmagel6L的智能小車就是要求其從起跑線出發(fā)，然后通過(guò)自身自動(dòng)調(diào)整向角和車速，使其自動(dòng)沿著一條黑色引導(dǎo)線行駛。

1 智能小車的硬件設(shè)計(jì)方案
本智能小車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中的Atmegal6L單片機(jī)是智能小車的控制模塊，它是高性能、低功耗的8位AVR微處理器，采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，具有16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash和512字節(jié)的EEPROM。工作于16 MHz時(shí)，其性能高達(dá)16 MIPS，并具有32個(gè)可編程通用I／0口和用于邊界掃描的JTAG接口，基本都能夠滿足設(shè)計(jì)要求。電路穩(wěn)壓模塊輸入12 V電壓。經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路后可得到9 V、5 V兩種電壓，其中9 V電壓用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的工作電壓，5 V電壓則用于單片機(jī)的工作。圖2所示是RPR220光電傳感模塊的電路圖，光電傳感是由10個(gè)RPR220型光電對(duì)管組成。RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器則是一個(gè)高靈敏度的硅平面光電三極管。L298N的INPUT、OUTPUT兩端口用于提供穩(wěn)定的電壓以使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

1．1 光電傳感模塊
圖2所示是本系統(tǒng)中光電傳感模塊的電路圖。尋線路徑一般是刻在白色平面上的3 cm的黑線，小車沿著黑線循徑，當(dāng)檢測(cè)到白線，即二極管發(fā)出的光被白線反射回來(lái)時(shí)，光電對(duì)管中的三極管導(dǎo)通，比較器6號(hào)端口輸入為低電平，經(jīng)過(guò)比較器后，7號(hào)端口輸出為高電平。當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，光被吸收，光強(qiáng)度減弱，光電對(duì)管中的三極管不導(dǎo)通，比較器6號(hào)端輸入為高電平，7號(hào)端輸出為低電平。通過(guò)PC端口將高低電平(l和0)反饋給單片機(jī)后，經(jīng)單片機(jī)處理后可用于調(diào)整車頭的轉(zhuǎn)向，以使黑線剛好在10個(gè)光電探頭的中間，從而使小車平穩(wěn)前進(jìn)。在7號(hào)端串一個(gè)0．1μF的電容再接地，這樣，經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)入到單片機(jī)中的方波就非常完美。將這個(gè)光電管與碼盤相連，通過(guò)光電管不斷掃描碼盤格數(shù)，這樣，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)速較低時(shí)，6號(hào)端的信號(hào)就可變?yōu)轭l率與轉(zhuǎn)速一一對(duì)應(yīng)的方波。但是，當(dāng)碼盤速度很快時(shí)，6號(hào)端信號(hào)將變?yōu)轭l率與轉(zhuǎn)速一一對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)。放大器LM324可用作比較器，可將6號(hào)端處的正弦信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，然后將在7號(hào)端產(chǎn)生頻率與轉(zhuǎn)速一一對(duì)應(yīng)的方波，單片機(jī)采集此信號(hào)后，即可根據(jù)公式計(jì)算出直流電機(jī)的各個(gè)參數(shù)，從而精確地控制小車的轉(zhuǎn)向與位移。
1．2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
圖3所示是L298N驅(qū)動(dòng)模塊的電路連接圖。L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，是一款高電壓大電流全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它的頻率高，可控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且具有控制使能端，工作電壓可通過(guò)4、9引腳分別輸入9 V、5 V電壓。ENA、ENB引腳是兩個(gè)使能端口，而INT、OUT則為電機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳，通過(guò)改變OUT端的邏輯電平可控制電機(jī)的正、反、停止?fàn)顟B(tài)，表1所列是直流電機(jī)控制邏輯。L298N的5、6、7、10、ll、12六個(gè)引腳可直接與單片機(jī)的PD端口相連，而通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程則可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速。